奈米科技

奈米科技

奈米技術（英語：Nanotechnology）是一門應用科學，其目的在於研究於奈米規模時，物質和設備的設計方法、組成、特性以及應用。奈米科技是許多如生物、物理、化學等科學領域在技術上的次級分類，美國國家奈米科技啟動計劃將其定義為「1至100奈米尺寸尤其是現存科技在奈米規模時的延伸」。

奈米

奈米（符號 nm，英式英文：nanometre、美式英文：nanometer，字首 nano 在希臘文中的原意是「侏儒」的意思）

是一個長度單位，指1米的十億分之一（10^-9 m）

現時很多材料的微觀尺度多以奈米為單位，如半導體製程標準在2000年代以後大多是以奈米表示。

奈米科技的歷史

在人類歷史上，已經歷了三次產業革命。十八世紀時發明了蒸汽機，開啟了四百年來的產業革命，此即第一次產業革命；第二次產業革命帶動了電氣化；在第三次產業革命，電子計算機改變了人們的生活世界。而奈米科技，則帶人類進入第四次的產業革命。

奈米科技的發展可溯源於諾貝爾物理獎得主理查．費曼（Richard Feynman）先生在1959年美國物理年會的一場演講，提出未來有一天，人類可能隨心所欲地利用小尺寸（奈米）材料並呈現出嶄新的應用，他亦提出未來可能將大英百科全書的內容記錄在像大頭針這麼小的容積裡，由此揭櫫了奈米科技的遠景。 

奈米尺度下所產生的特殊效應

• 表體比效應：同樣體積下，粒子越小，則表面積越大，這表示表面原子所占的比例將會大大提高，這時的表體比效應將不容忽視。

• 量子效應：粒子降到奈米尺寸以下時，量子效應就必須考慮，此時能階由連續變為階段，電性、磁性、光學特性有著重大改變，如導電金屬在奈米化後，卻變成絕緣體。

• 量子穿隧效應：古典力學中粒子無法克服位能壁障而有穿牆的效應。但在原子微觀環境中，電子具有穿過比本身高的位能障礙，而具有穿隧效應，因此稱量子穿隧效應。

常見的奈米材料(1/2)

• 奈米金：奈米金粒子會依粒子大小不同而呈現不同的顏色，尺寸在約20奈米左右的奈米金在溶液中呈現紅色，熔點降低，還具有很強的催化力，可以在室溫下將一氧化碳轉化為二氧化碳。

• 奈米銀：銀雖然本身具有抗菌效果，但透過奈米技術，可使銀粒子活性變得更大，抗菌功能更強。奈米銀的產品可廣泛使用在抗菌除臭、淨水、防腐、醫療等用途。

• 二氧化鈦光觸媒：二氧化鈦的化學性穩定、氧化還原性強、具超親水性，還有表面自潔、空氣淨化、水質淨化、抗菌、殺菌等功能，加上地球上鈦礦豐富、價格低廉，是大家熟悉之光觸媒材料。

常見的奈米材料(2/2)

• 奈米遠紅外線顆粒：奈米無機顆粒在人體體溫作用下，可產生遠紅外線放射，遠紅外線能夠滲入人體內部，提升人體血液循環，達到促進新陳代謝的目的，除此以外，遠紅外線還能使蔬果長久保鮮。

• 奈米碳管：奈米碳管是目前發現的最細的管子，它具有熱傳導性與導電性，機械強度與韌性佳，化學穩定性高，可應用在電子元件、電視、服飾、運動用品等，應用範圍十分廣泛。

奈米的量測工具-奈米級電子顯微鏡(1/2)

1. 穿透式電子顯微鏡（transmission electron microscope；TEM）：它是以電子穿透方式直接觀察影像，可提升顯微鏡的解析度，並可觀察到奈米材料的缺陷以及晶體結構。

2. 掃描式電子顯微鏡（scanning electron microscope；SEM）：它是以電子反射的方式來觀察奈米尺寸的影像，試片製作容易，操作簡單，可以看到材料的表面奈米形貌，分析粒子大小、粒徑分布、形貌、分散狀態等功能

奈米的量測工具-奈米級電子顯微鏡(2/2)

3. 掃描式探針顯微鏡（Scanning probe Micrscopy ; SPM）：又稱為第三代顯微鏡，可以利用探針探觸材料表面的一顆顆的原子，是奈米量測上一大進步。掃描式探針顯微鏡又分為：

    ● 掃描式穿隧顯微鏡（scanning tunneling microscope；STM） 
    ● 原子力顯微鏡（atomic force microscope ; AFM） 
    ● 掃描式近場光學顯微鏡（near-field optical microscope；SNOM）

奈米科技常見的應用

• 表面奈米化的自潔效果

• 將顆粒奈米化以增強產品效力

• 利用奈米結構的特殊光學效果及強吸附力

• 利用奈米製成技術製作微機電

• 利用奈米碳管質輕、韌性強的特性

大自然中的奈米現象

• 自潔作用：荷葉、海豚皮膚、昆蟲翅膀

• 金屬光澤：蝴蝶美麗翅膀、甲蟲瑰麗身軀

• 吸光作用：飛蛾的眼睛

• 防水作用：不會濕的鴨、鵝毛

• 導航能力：海龜迴游、鴿子回家

• 堅硬結構：貝殼結構

奈米標章

為防止假的奈米產品欺騙消費者、保障消費者權益、提升奈米產品品質形象、促進奈米產業健全發展，經濟部推動了「奈米產品驗證體系」，推行「奈米標章」。奈米產品驗證程序非常嚴謹，只有通過「奈米產品驗證體系」的奈米產品，政府才會授予奈米標章。

奈米科技發展現況

奈米科技近十年來的相關技術發展已經超出預期，並在各種應用方面得到良好的成效。

奈米技術的應用首先主要是透過縮小晶片尺寸來改進電子元件、設計新藥、汙染過濾、製造靈敏度高之感測器等等。而進一步的應用則是智慧化的模擬反應材料，採用直到原子層次，奈米點和自組裝的方法來設計智慧材料。

奈米科技可能之危害

奈米粒子和纖維，由於體積微小到連肉眼也看不見，對健康和環保構成威脅。

以奈米科技製造的產品體積極為細小，性質難測，有些甚至毒性驚人。在美國所做實驗證明，奈米微粒可以滲入土壤中，對土壤內的有機物和地下水構成嚴重威脅。

據研究報告建議禁止奈米化妝品上市，直到證明對皮膚無害為止，這項建議比美國食品藥物管理局的政策限制更嚴。
據研究報告建議製造機構先假設奈米產品是有害的，直到證明無害為止。